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摘要：分析风力发电机组发电机系统的爆炸事故，找出爆炸的原因，提出优化改进措施。结果表明发电机轴承a的温度由25℃急剧上升至95℃，此时轴承温度高故障触发风机进入连锁保护的停机模式。发电机转速由1500r/min下降至约450r/min时，机舱振动数值瞬间攀升至振动故障限值的4倍，发电机系统发生了剧烈振动，同时数据传输中断，说明发电机系统发生了爆炸。发电机爆炸原因为轴承系统卡死，轴承内外圈之间、轴承内圈与发电机轴之间剧烈摩擦生热，高温导致润滑油油脂汽化，在密闭空间出现爆燃。爆炸预防措施包括严格控制油脂量、冷却改为通风式冷却和降低轴承温度报警限值等。
关键词：1.5MW风力发电机组；发电机爆炸；爆炸事故分析；轴承异常；油脂汽化爆燃
1引言
随风力发电机组设备老化，部件性能下降，设备卡涩、磨损、火灾和爆炸事故频发，对机组安全运行具有严重威胁[1-3]。为了降低设备损坏带来的损失，有必要加强监控和报警预判，在设备严重损坏之前，将故障设备及时隔离检修，避免损失扩大[2-4]。因此需要分析风力发电机组发生爆炸和火灾事故的原因，优化运行方式，保障机组安全。
本研究拟分析风力发电机组发电机系统的爆炸事故，基于系统结构和设备工作性能参数，找出发电机爆炸的原因，提出优化改进措施。本文的分析有助于了解风力发电机组发电机系统燃烧的发生机理和设备运行的薄弱点，通过改进薄弱点，优化设备运行和监控方式，减少重大故障和火灾爆炸等严重事故，提高机组运行安全性和运行效率。
2系统结构破坏与爆炸事故
以1.5MW风力发电机机组为例进行分析，风机型号为UP82-1500，发电机为双馈异步发电机，额定功率为1550kW，其中定子功率1320kW、转子功率230kW。标称电压为690V，标称电流为1118A，标称转速为1750r/min，转速范围为1000~2016r/min。发电机采用空-空热交换器冷却，发电机轴承为深沟球轴承。发电机系统的整体结构包括位于上部的空气冷却器和位于下部的机座。
爆炸事故发生后，运行监控人员首先收到风机通讯故障和发电机轴承温度高故障。检修人员到机位，上风机塔进行检查，如图1所示，发现由于发电机内部气体爆炸，发电机冷却器完全脱落和严重变形，已经与发电机下方主体分离。机舱罩顶部有明显撞击伤痕，说明发电机冷却器是被爆炸的巨大冲击力掀起，撞击顶部机舱罩后再落下的。机舱罩被冲击损坏，机舱内灯具脱落，发电机外壳、冷却风扇电机等碎片到处散落。机舱罩固定螺栓移位，说明发电机本体也发生了位移。
3历史数据分析
调取风机发电机转速、轴承温度和机舱振动数值的历史数据记录，发现系统出现发电机轴承温度高的故障报警后，风机开始出现保护性的停机动作。发电机转速由1500r/min下降至约450r/min时，机舱振动数值由0.01g~0.02g瞬间攀升至0.6g，达到振动故障限值0.15g的4倍，说明发电机转速下降至450r/min时，风电机组发生了剧烈的异常振动，此时为发电机发生爆炸的瞬间。
发电机轴承b的温度维持为30~40℃，发电机轴承a的温度由25℃急剧上升至95℃，此时轴承温度高故障触发风机进入连锁保护的停机模式。数据图显示发电机转速降至450r/min时，发电机轴承a的温度最高攀升至99℃，随后发电机轴承a、b的温度断崖式下降至0，此时的断崖式下降并非真实数据记录，而是由于爆炸导致的数据传输中断。
图2示出在现场检查时，发现发电机内部前轴承处有明火燃烧的痕迹，油脂分子在轴承中碳化变黑。轴承滚动体及轴承内外圈的滚道发黑严重，轴承内圈与发电机轴之间有融化现象，说明轴承内圈与发电机轴前端出现过高于钢材熔点1515℃的高温。地面上和机体上有大量油脂蒸汽燃烧后生成的水和未燃尽的黑色粘稠油脂状有机物。
4爆炸事故原因
该台发电机轴承所使用的油脂为美孚润滑脂，型号为：MOBILITHSHC100，该油脂的闪点为204℃，沸点为316℃。温度大于316℃时，润滑油脂汽化，此时如果在密闭环境下遇到明火，汽化的油脂蒸汽可被引燃爆炸。一般轴承抱死时，发电机轴前端的温度远超润滑油脂的沸点和闪点温度，此时润滑油脂受热急剧汽化，瞬间爆燃。
图3示出发电机的转子室设计为密闭式，冷却系统设计为接触式冷却，而非通风式冷却。发电机的结构分为上部分的冷却器和下部分的发电机本体。为了避免灰尘，上部分的冷却器与下部分的发电机本体互不相通，使下部分的发电机本体形成了一个密闭空间。
综合以上分析，风力发电机组发电机爆炸的原因为轴承架损坏，导致轴承异常卡死，发电机轴仍在高速旋转，轴承内外圈之间、轴承内圈与发电机轴之间摩擦生热，轴承剧烈发热。高温导致润滑油油脂汽化，在密闭空间汽化油脂的浓度不断升高，最终被瞬间引燃爆炸。汽化的油脂爆燃，气体迅速升温升压和膨胀，将发电机冷却器炸起，撞到机舱罩，损坏灯具、机舱罩，同时机舱产生剧烈振动。
5运行优化调整
当机组使用一定年限后，发电机轴承损坏、卡死状况不可避免，密闭式设计的发电机系统存在爆炸和火灾事故的潜在风险。为了避免此类事故发生，可采取的措施包括：
（1）严格控制轴承内部的油脂量，较为准确地控制发电机前轴承的注油量；
（2）将发电机系统由密闭式接触冷却改为通风式冷却；
（3）降低轴承温度的报警限值，加强监控，提前预判；
（4）提高轴承系统质量，制定轴承运行的设备寿命管理规范，定期更换或检测维护保养轴承，防止轴承卡涩。
6结论
分析风电机组发电机系统爆炸事故的现象和过程，找出导致爆炸的原因，提出风机优化运行的改进措施。结果表明：
（1）发电机轴承a的温度由25℃急剧上升至95℃，此时轴承温度高故障触发风机进入连锁保护的停机模式。发电机转速由1500r/min逐渐下降至约450r/min时，机舱振动数值由正常值瞬间攀升至振动故障限值的4倍，风机发电机系统发生了剧烈的异常振动，同时轴承温度a、b的数据传输中断，说明此时发电机系统发生了爆炸。现场检查发现发电机内部前轴承处有明火燃烧的痕迹，地面上和机体上有大量油脂蒸汽燃烧后生成的水和未燃尽的黑色粘稠油脂状有机物，也证实了爆炸的现象。
（2）风力发电机组发电机爆炸的原因在于轴承异常卡死，轴承内外圈之间、轴承内圈与发电机轴之间摩擦生热，轴承剧烈发热，高温导致润滑油油脂汽化，在密闭空间被引燃爆炸。
（3）爆炸的因素包括轴承系统老化卡涩，密闭空间使油脂蒸汽浓度增大。为了避免发电机系统爆炸事故，可采取的措施包括严格控制轴承内部的油脂量、发电机系统由密闭式接触冷却改为通风式冷却、降低轴承温度报警限值、制定轴承运行的设备寿命管理规范和定期更换或检测维护保养轴承。
参考文献
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